Mind+Python编程入门系列课程——02 模拟星空

在这个任务中，我们需要创建一个屏幕并导入一张浩瀚银河的图片作为背景，为后续添加星星作准备。首先，我们需要创建一个屏幕对象，之后为屏幕对象设定好相应的宽度、高度、屏幕标题、屏幕背景和屏幕延迟。这里，我们所设定的屏幕的宽和高要适中，屏幕标题和背景图片要能体现星空的主题性。
整体上，我们将采用顺序结构的方式编写程序。具体流程如下：

2、程序编写

import turtle#导入turtle库
screen = turtle.Screen()#通过turtle库中Screen()函数创建一个屏幕作为一个对象并赋值给变量screen,后面都用screen来表示
width,height = 700,500#设定宽度和高度
screen.setup(width,height)#以设定好的宽高来创建屏幕实体
screen.title("模拟3D星空")#设定屏幕标题
screen.bgpic('浩瀚银河.gif')#添加背景图
screen.delay(0)#屏幕延迟，设为0避免卡顿
screen.exitonclick()#点击退出屏幕
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3、程序运行
运行程序，我们看到：弹出了一个标题为“模拟3D星空”的屏幕，屏幕的背景是一幅浩瀚银河图。（导入图片的具体步骤见附录1）

在上一个任务中，我们已经创建了一个银河背景的屏幕，这里，我们需要在屏幕右侧添加一个个星星并使其随机出现在屏幕的右侧，为后续设定星星的飘动作准备。 由于距离遥远星星在夜空中显得非常小，因此，我们只需创建一个形状尺寸非常小的圆对象来表示星星即可，并设定好它的颜色与位置。又由于星星在夜空中的数量非常庞大，因此，我们需再创建一个星空列表并将星星不停得克隆复制200次，存放到星空列表中。

整体上，我们依旧将采用顺序结构的方式编写程序。具体流程如下，

对于其中扩充星星并存放到星空列表中这一部分，我们将采用循环结构的方式来编写程序，如下，

2、程序编写

import turtle#导入turtle库
from random import random,randint#导入随机数函数
#创建屏幕
screen = turtle.Screen()#通过turtle库中Screen()函数创建一个屏幕作为一个#对象并赋值给变量screen,后面都用screen来表示
width,height = 700,500#设定宽度和高度
screen.setup(width,height)#以设定好的宽和高来创建屏幕实体
screen.title("模拟3D星空")#设定屏幕标题
screen.bgpic('浩瀚银河.gif')#添加背景图
screen.delay(0)#屏幕延迟，设为0避免卡顿
#创建星星对象
t = turtle.Turtle(visible = False,shape='circle')#通过turtle库中Turtle()函数#创建一个圆作为一个对象并赋值给变量t且隐藏,后面都用t来表示
t.pencolor("white")#设置画笔颜色
t.fillcolor("blue")#设置填充颜色
t.penup()#抬笔
t.goto(width/2,randint(-height/2,height/2))#到屏幕右侧随机位置
stars = []#创建星空列表
for s in range(200):#进行200次循环
    star = t.clone()#复制圆作为星星
    s =random()/3#尺寸
    star.shapesize(s,s)#设置星星形状尺寸
    star.speed(int(s*10))#设置星星移动速度
    star.setx(width/2 + randint(1,width))#设置星星的x坐标在屏幕右侧
    star.sety(randint(-height/2,height/2))#设置星星的y坐标在屏幕范围内
    star.showturtle()#显示星星
    stars.append(star)#在星空列表中扩充星星
screen.exitonclick()#点击退出屏幕
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3、程序运行
运行程序，我们看到：弹出一个屏幕，背景是一副银河图，但是并没有看到一个个小星星，这是为什么呢？事实上，因为我们的星星是设置在屏幕的右侧，因此，我们需要手动拉宽屏幕才能看到，效果如图：

知识链接

数据类型 知识描述    除了整型、浮点型、字符串型之外，python中还有布尔型和列表两种数据类型。布尔型是一种表示逻辑值的简单类型，它的值只能是真（True）或假（False）。python中的列表就好比听音乐时记录音乐名称的歌曲列表，它由一系列按特定顺序排列的元素组成。列表类似于变量，可以有自己的名称，还能存储整数、实数、字符串等任何类型的元素，并且同一个列表中，元素的类型可以不同。形式上，列表用方括号“[]”括起来，并用逗号分割其中的元素对象，若无任何元素则表示空列表。我们也可以对列表中的元素进行添加、修改、删除等操作，具体方法我们将在后续学习。 知识实例    程序中，visible = False，这里的False就是布尔值中的假。又stars = []，表示创建一个名为stars的空列表。

算术运算符 知识描述    算术运算符是指python中用来进行数的数学运算的符号。比如，“+”表示加、“-”表示减、“*”表示乘、“/”表示除，“%”表示取余，“//”表示整除，“**”表示幂。同时，算术运算符的使用优先级也和数学中一样，详细内容可查看附录3。 知识实例    程序中，star.setx(width/2 + randint(1,width))，表示将星星的x坐标设定在屏幕右侧，其中“+”表示加，“/”表示除，又star.speed(int(s*10))中，“*”表示乘。

循环结构 知识描述    python中的循环结构是一种十分重要的程序控制结构，其特点是在给定条件成立时，反复执行某程序段，直到条件不成立为止。给定的条件称为循环条件，反复执行的程序段称为循环体。在python程序中，主要有两种循环结构的语句：for循环语句和while循环语句。这两种循环我们将在后续的课程中再详细介绍。流程示意图

遍历 知识描述    遍历是指根据数据之间的逻辑结构，遵循一定的顺序，依次对数据的所有元素做一次且仅做一次访问。

知识积累

指定库函数的导入 功能说明    导入库文件中指定的函数以便后续使用 使用方法    from 库名称 import 函数名，同时导入多个函数时可用逗号分隔开，而如果使用“*”代替具体的函数名，则表示导入库中的所有函数 举例说明    程序中，from random import random,randint表示导入随机数random库中的random()函数和randint()函数

for循环 功能说明    for循环语句是通过遍历某一序列对象来构建循环，循环结束的条件就是对象遍历完成 流程图示意    使用方法 for <变量> in <序列>：    <循环体><变量>每经过一次循环，就会得到序列中的一个元素，并通过循环体处理它。<序列>是指有序数列，通常是字符串、列表、range()函数生成的一系列数字等。当序列中的元素全部遍历完成后，程序就会自动退出循环。这里需要注意在编写<循环体>程序前要先空四格缩进一下。 举例说明    程序中，for s in range(200)：，表示循环200次。而后续有缩进的八行代码就是需要循环执行的具体操作。

代码缩进 功能说明    在python语言中，采用代码缩进和“：”来区分代码之间的层次。 使用方法    四个空格或一个Tab键为一个缩进量

random()函数和randint()函数 功能说明    random()和randint()函数都是随机数库中的函数，前者用于随机生成0-1之间的浮点数，后者用于随机生成给定范围内的整数。两者皆可通过“random.函数名”的格式实现。 使用方法    random.random()，random.randint(a,b),其中a,b为随机整数且a<b 举例说明    程序中，s =random()/3，表示随机生成一个0-1之间的小数并将这个数缩小3倍后赋值给变量s。又randint(-height/2,height/2))，表示随机生成一个范围在-height/2到height/2内的整数，这里，因为我们是直接导入的库中的两个函数而不是整个库，所以在书写时可以省略“random.”，直接使用函数。

取整 功能说明    取一个小数的整数部分 使用方法    int(小数) 举例说明    程序中，star.speed(int(s*10))，表示对s乘上10后的结果进行取整并作为星星的移动速度。

这里，为了避免星星飘动到左侧后远离屏幕，我们要进行一个判断，即如果星星移到左屏幕外后，就要使星星消失并重新出现在屏幕右侧。

由于屏幕的宽度是有限定的，因此我们将对星星在星空列表中设定计次循环，每次向左飘动一小段距离，直至飘出屏幕左侧。

同时，为了使星空中所有星星能始终保持移动的状态，我们需要使用永久循环结构，将所有操作包含在内。

对此，我们采用循环结构与分支结构嵌套的方式编写。具体流程如下，

2、程序编写

import turtle#导入turtle库
from random import random,randint#导入随机数函数
#创建屏幕
screen = turtle.Screen()#通过turtle库中Screen()函数创建一个屏幕作为一个对象并赋值给变量screen,后面都用screen来表示
width,height = 700,500#设定宽度和高度
screen.setup(width,height)#以设定好的宽度和高度来创建屏幕实体
screen.title("模拟3D星空")#设定屏幕标题
screen.bgpic('浩瀚银河.gif')#添加银河背景图
screen.delay(0)#绘画延迟，设为0避免卡顿
#创建星星
t = turtle.Turtle(visible = False,shape='circle')#通过turtle库中Turtle()函数创建一个圆作为一个对象并赋值给变量t且隐藏,后面都用t来表示
t.pencolor("white")#设置画笔颜色
t.fillcolor("white")#设置填充颜色
t.penup()#抬笔
t.goto(width/2,randint(-height/2,height/2))#到屏幕右侧随机位置
stars = []#创建星空列表
for s in range(200):#进行200次循环
    star = t.clone()#克隆圆对象作为星星
    s =random() /3#尺寸
    star.shapesize(s,s)#形状尺寸
    star.speed(int(s*10))#移动速度
    star.setx(width/2 + randint(1,width))#设置星星的x坐标在屏幕右侧
    star.sety(randint(-height/2,height/2))#设置星星的y坐标在屏幕范围内
    star.showturtle()#显示星星
    stars.append(star)#扩充星星
while True:#永久循环
    for star in stars:#列表循环
        star.setx(star.xcor() - 3 * star.speed())#设定星星的横向移动
        if star.xcor()<-width/2:#判断星星是否移动到了左侧屏幕
            star.hideturtle()#隐藏星星
            star.setx(width/2 + randint(1,width))#设置x坐标在屏幕右侧
            star.sety(randint(-height/2,height/2))#设置y坐标在屏幕内
            star.showturtle()#显示星星
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运行程序，我们看到：首先出现一个银河系的背景屏，之后一个个小星星从屏幕右侧向左侧飘动起来。

知识积累

if语句 功能说明    if语句体现的是程序控制结构中的单分支结构，用于进行只有一种情况下的条件判断，当要判断的条件被满足时可以进行一定的操作。事实上，这里的if相当于汉语中的“如果”，如果满足条件，则执行一定的操作。 流程示意图    使用方法    if <条件表达式>：             <语句块>     这里的条件表达式，就是用来判断条件是否成立的语句，条件成立返回数值“1”，表示真，条件不成立返回数值“0”，表示假。这里的语句块，就是表达式的返回值为真时要执行的操作。 举例说明    程序中，if star.xcor()<-width/2:，表示判断星星对象的x坐标是否小于屏幕左边框的x坐标，如果是，则进行后续的操作。

while循环    while循环是一种条件循环。这里，我们通过while True语句来实现永久循环的效果，关于while循环语句的具体使用方法我们将在后续的课程中详细介绍。

screen.bgpic('浩瀚银河.gif') #添加银河背景图
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（1）单击“更多”按钮

（2）打开文件夹位置

（3）在弹出的文件夹中放入gif格式的图片 （4）刷新后查看

（4）在程序中bgcolor()命令的括号内添加一对单引号，引号内输入图片的名称及格式